專利名稱：電弧噴涂制備具有自潤滑功能的鐵基模具的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種鐵基模具，更具體的說，涉及一種電弧噴涂方法制備的鐵基模具， 該模具具有自潤滑功能。
背景技術(shù)：
模具廣泛應用于沖壓成型加工。對于沖壓成型的模具一般需要具有以下性能(1)高溫環(huán)境下，具有很好的鋼性、耐機械沖擊強度及高的硬度。(2)在反復以及快速加熱冷卻的熱沖擊下，模具不產(chǎn)生裂紋或變形。(3)高溫條件下，模具成型表面與成型金屬不發(fā)生化學反應。(4)模具在高溫條件下不會發(fā)生高溫氧化現(xiàn)象。(5)加工性能好，易加工成高精度以及高表面光潔度的表面。傳統(tǒng)的用于澆注高熔點金屬或玻璃等物質(zhì)的模具大多采用不銹鋼或者鐵基耐熱合金鋼作為模具材料，但是這種模具容易發(fā)生高溫氧化，在反復的熱循環(huán)作用下，材料的內(nèi)部晶相結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，并且表面質(zhì)量也變差，從而容易導致模具失效。為了解決上述問題，通常人們會想到使用硬質(zhì)的金屬氧化物陶瓷顆粒以及超硬的合金被用于制造模具。但是由于所述的材料硬度非常高，很難加工成所需的特定形狀。為了解決硬質(zhì)的金屬氧化物陶瓷顆粒難以加工制造模具的技術(shù)問題，本申請的發(fā)明人應用現(xiàn)有技術(shù)中已有的金屬電弧噴涂技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)中已有的間接制模技術(shù)，創(chuàng)造性地提出了一種電弧噴涂快速制模技術(shù)。它是以一個實物模型作為母模，以電弧為熱源，通過高速氣流將熔融狀態(tài)的金屬材料霧化，并使其噴射、沉積在母模表面上，形成一定厚度的致密的金屬基或陶瓷基涂層，即模具型殼。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種電弧噴涂制備具有自潤滑功能的鐵基模具的方法，該方法可以用來提鐵基模具的耐高溫和耐磨性能，特別是該模具具有自潤滑功能，特別適用于難熔金屬的澆鑄成型，并且能夠顯著延長該模具的使用壽命。本發(fā)明的另一個目的還在于提供一種由上述方法制備的鐵基模具。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明首先提供了一種電弧噴涂制備鐵基模具的方法，其包括以下步驟(1)提供一快速原型、過渡模型或產(chǎn)品實物，作為母模；(2)母模表面進行前處理；(3)電弧噴涂鐵基粉芯絲材，制備所述的具有自潤滑功能的鐵基模具殼體；(4)脫去母模以及后處理。其中，在步驟(1)中所述的母模為快速成型技術(shù)得到的塑料模具、石膏模具、木材模具，或者是陶瓷模具或者石墨模具。其中，在步驟O)中所述的前處理步驟包括施加脫模劑的步驟；所述的脫模劑可以是機械油、聚乙烯醇等。所述的脫模劑可以采用刷涂或噴霧或浸漬的方式施加于母模的外表面。其中，在步驟(3)中，所述的鐵基粉芯絲材具有粉芯層和外皮層，其中外皮層為鐵，所述的外皮層的質(zhì)量占絲材的15-25wt%，粉芯層的組成和含量分別為BN: 20-35wt%,C3N4 :10-15wt%, Si3N4 :15-35wt%,B余量的 i^e。其中，在步驟(3)中，電弧噴涂的工藝參數(shù)為工作電壓20_35V ；噴涂距離為 100-180mm ；空氣壓力為0. 6-0. 9MPa ；走絲電壓13_16V。根據(jù)需要，噴涂的厚度為5_20mm。其中優(yōu)選的所述的BN、C3N4和Si3N4的平均粒徑小于200um ；優(yōu)選的所述的陶瓷顆粒的平均粒徑小于50um ；更優(yōu)選的，所述的陶瓷顆粒的粒徑為納米級，并且平均粒徑在 20-IOOnm的范圍。其中，在步驟中，包括一個退火處理的步驟，在真空環(huán)境或惰性氣體或還原氣體的條件下進行退火處理，其中退火溫度為650-850度，退火保溫時間2-5個小時，升溫或者降溫速率為0. 5-2度/秒，以形成穩(wěn)定的具有自潤滑功能的殼體。另外，為了進一步改進質(zhì)量，還可以在制備的殼體表面通過噴涂、氣相沉積等其它方法施加額外的涂層。本發(fā)明的另一方面，還提供一種通過電弧噴涂制備的具有自潤滑功能的鐵基模具，所述的具有自潤滑功能的模具通過在母模表面電弧噴涂絲材得到。其中，所述的鐵基粉芯絲材具有粉芯層和外皮層，其中外皮層為鐵，所述的外皮層的質(zhì)量占絲材的15-25wt%，粉芯層的組成和含量分別為BN:20-35wt%、C3N4 :10-15wt%, Si3N4 :15-35wt%, B :8-15襯％和余量的狗。其中，電弧噴涂的工藝參數(shù)為工作電壓 25-35V ；噴涂距離為:100-180mm ；空氣壓力為0. 6-0. 9MPa ；走絲電壓13_16V。根據(jù)需要， 噴涂的厚度為5-20mm。其中優(yōu)選的所述的BN、C3N4和Si3N4的平均粒徑小于200um ；優(yōu)選的所述的陶瓷顆粒的平均粒徑小于50um ；更優(yōu)選的，所述的陶瓷顆粒的粒徑為納米級，并且平均粒徑在 20-IOOnm的范圍。其中，包括一個退火處理的步驟，在真空環(huán)境或惰性氣體或還原氣體的條件下進行退火處理，其中退火溫度為650-850度，退火保溫時間2-5個小時，升溫或者降溫速率為 0. 5-5度/秒，以形成穩(wěn)定的具有自潤滑功能的殼體。本發(fā)明的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(1)對于高硬度的材料基體，成功的解決了傳統(tǒng)的澆鑄或鍛造方法制備高硬度模具的技術(shù)難題；實際上具有上述組分的模具，通過傳統(tǒng)的澆鑄方法無法實現(xiàn)；而通過鍛造的方法，其成本相當之高，令實業(yè)界難以接受。(2)采用電弧噴涂方法，制備工藝流程簡單，并且制備得到的模具表面質(zhì)量高。本發(fā)明的模具與現(xiàn)有技術(shù)中采用普通的澆鑄或鍛造的鐵基模具等相比，具有以下優(yōu)點(1)電弧噴涂可以在金屬基材上形成連續(xù)致密的涂層，這種涂層經(jīng)過高溫退火后具有金屬陶瓷的組織結(jié)構(gòu)和性能，并具備兼有不銹鋼的特征。(2)同傳統(tǒng)硬質(zhì)合金相比，具有更高的硬度、紅硬性、耐磨性、耐磨損能力和高溫化學穩(wěn)定性，同時還具有特殊的自潤滑功能，能夠耐900度以上的高溫的反復循環(huán)。
具體實施例方式以下將通過具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做出進一步的說明。申請人需要強調(diào)的是，以下實施例僅僅是為了詳細說明發(fā)明的內(nèi)容的需要，而不能認為是對本發(fā)明的限制。 本發(fā)明要求保護的范圍，以權(quán)利要求書所限定的技術(shù)方案為準。實施例1利用計算機繪圖技術(shù)繪制零件的CAD三維模型，依據(jù)RP技術(shù)，采用數(shù)控加工石膏模型的方法制備石膏母模；在石膏母模的表面涂刷聚乙烯醇溶液；在石膏母模的外表面電弧噴涂鐵基粉芯絲材，其中外皮層為鐵，所述的外皮層的質(zhì)量占絲材的15wt%，粉芯層的組成和含量分別為=BN :25wt%, C3N4 :15wt%, Si3N4 25襯％、8:9襯％和余量的!^。電弧噴涂的工藝參數(shù)為工作電壓30V ；噴涂距離為 150mm ；空氣壓力為0. 8MPa ；走絲電壓15V。噴涂的厚度為8mm。去除石膏母模，對制得的鐵基殼體進行退火處理。退火處理的工藝條件為，真空退火，退火溫度800度，退火時間3個小時。實施例2利用計算機繪圖技術(shù)繪制零件的CAD三維模型，依據(jù)RP技術(shù)，采用數(shù)控加工的方法制備樹脂母模；在樹脂母模的表面涂刷機械油；在樹脂母模的外表面電弧噴涂鐵基粉芯絲材，其中外皮層為鐵，所述的外皮層的質(zhì)量占粉芯絲材的20wt%，粉芯層的組成和含量分別為BN :30wt%, C3N4 :10wt%, Si3N4 30wt%,B :5Wt%和余量的Fe。其中，電弧噴涂的工藝參數(shù)為工作電壓30V ；噴涂距離為 150mm ；空氣壓力為0. 8MPa ；走絲電壓15V。噴涂的厚度為10mm。去除樹脂母模，對制得的鐵基殼體進行退火處理。退火處理的工藝條件為，真空退火，退火溫度750度，退火時間3個小時。
權(quán)利要求
1.一種電弧噴涂制備具有自潤滑功能的鐵基模具的方法，其包括以下步驟(1)提供一快速原型、過渡模型或產(chǎn)品實物，作為母模；(2)母模表面進行前處理；(3)電弧噴涂鐵基粉芯絲材，制備所述的具有自潤滑功能的鐵基模具殼體；(4)脫去母模以及后處理。
2.權(quán)利要求1所述的電弧噴涂制備具有自潤滑功能的鐵基模具的方法，其特征在于所述的母模為塑料模具、石膏模具、木材模具、陶瓷模具或者石墨模具。
3.權(quán)利要求1所述的電弧噴涂制備具有自潤滑功能的鐵基模具的方法，其特征在于所述的前處理步驟包括施加脫模劑的步驟；所述的脫模劑可以是機械油或者聚乙烯醇。
4.權(quán)利要求1所述的電弧噴涂制備具有自潤滑功能的鐵基模具的方法，其特征在于所述的粉芯絲材具有粉芯層和外皮層，其中外皮層為鐵，所述的外皮層的質(zhì)量占絲材的15-25wt%，粉芯層的組成和含量分別為=BN :20-35wt%, C3N4 :10_15wt%、Si3N4 15-35wt%,B余量的 Fe。
5.權(quán)利要求1所述的電弧噴涂制備具有自潤滑功能的鐵基模具的方法，其特征在于電弧噴涂的工藝參數(shù)為工作電壓20-35V;噴涂距離為IOO-ISOmm ；空氣壓力為 0. 6-0. 9MPa ；走絲電壓13_16V。根據(jù)需要，噴涂的厚度為5_20mm。
6.權(quán)利要求4所述的電弧噴涂制備具有自潤滑功能的鐵基模具的方法，其特征在于所述的BN、C3N4和Si3N4的平均粒徑小于200um。
7.權(quán)利要求6所述的電弧噴涂制備具有自潤滑功能的鐵基模具的方法，其特征在于所述的BN、C3N4和Si3N4的平均粒徑在10-50nm的范圍。
8.權(quán)利要求1所述的電弧噴涂制備具有自潤滑功能的鐵基模具的方法，其特征在于步驟(4)包括一個退火處理的步驟，在真空環(huán)境或惰性氣體或還原氣體的條件下進行退火處理。
9.權(quán)利要求1所述的電弧噴涂制備具有自潤滑功能的鐵基模具的方法，其特征在于退火溫度為650-850度，退火保溫時間2-5個小時，升溫或者降溫速率為0. 5-2度/秒。
10.一種具有自潤滑功能的鐵基模具，根據(jù)權(quán)利要求1-9任意一項的方法制備得到。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電弧噴涂制備沖壓模具的方法，其包括以下步驟提供一快速原型、過渡模型或產(chǎn)品實物，作為母模；母模表面進行前處理；電弧噴涂粉芯絲材，制備所述的具有自潤滑功能的沖壓模具殼體；脫去母模以及后處理。采用本申請的模具制備方法成功避免了傳統(tǒng)的澆鑄或鍛造方法的技術(shù)難點，而采用本申請的制備方法，工藝流程簡單，得到的模具表面質(zhì)量高。
文檔編號B21D37/20GK102242329SQ20111015036
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月7日
發(fā)明者鄭霞 申請人:昆山市瑞捷精密模具有限公司